КОНСТАНТЫ СКОРОСТИ ОКИСЛЕНИЯ ИНДИВИДУАЛЬНЫХ ЖИРНЫХ КИСЛОТ IN VITRO

Согласно филогенетической теории общей патологии до синтеза инсулина и становления биологической функции локомоции основным субстратом окисления в митохондриях являлась пальмитиновая НЖК. При синтезе инсулина основным субстратом окисления стала олеиновая МЖК. До становления биологической функции локомоции гуморальным регулятором метаболизма глюкозы in vivo, синтеза глюкозных транспортеров ГЛЮТ1—3 и поглощения клетками глюкозы являлся инсулиноподобный фактор роста. При становлении биологической функции локомоции метаболизм ЖК —» глюкоза регулирует гуморальный медиатор инсулин. Формирование системы инсулина произошло в рамках формирования поздней в филогенезе биологической функции локомоции — при становлении специфичных инсулинзависимых клеток: 1) поперечнополосатых скелетных миоцитов; 2) синцитий кардиомиоцитов; 3) подкожных адипоцитов; 4) перипортальных гепатоцитов; 5) макрофагов Купфера; 6) (3-клеток поджелудочной железы, которые синтезируют инсулин. Какие же преимущества имеет окисление в митохондриях экзогенной со-9 олеиновой МЖК по сравнению с пальмитиновой НЖК?

Более 10 годами ранее мы опубликовали статью «Кинетические параметры окисления озоном индивидуальных жирных кислот». Полученные нами данные во многом изменили представления о метаболизме ЖК и наработке энергии при окислении, в том числе и в митохондриях. Использование сконструированного Д.М. Ли-сициным автоматического титратора двойных связей (АДС) позволило впервые установить константы скорости окисления индивидуальных ЖК (л/моль • с) при действии 03, которые оказались выраженно разными: С16:0 пальмитиновая ЖК — 6,0 • 10-2, со-9 С18:1 олеиновая ЖК — 1,0* 106, со-6 С18:2 линолевая ЖК — 6,1 • 104, (0-6 С 20:4 арахидоновая ЖК — 2,4 • 105.

Это модельные эксперименты in vitro, в которых ЖК, растворенные в четыреххлористом углероде (СОД, автоматически титровали 03, замеряя динамику потребления окислителя и рассчитывая константу скорости реакции. Константа окисления со-9 олеиновой МЖК по сравнению с окислением пальмитиновой НЖК является на несколько порядков выше. Это дает основание полагать, что и в биологических системах (в митохондриях) различие скорости окисления МЖК и НЖК остается существенно разным. Реально полагать, что (3-окисление олеиновой МЖК и в матриксе митохондрий происходит с более высокой константой скорости реакции, чем окисление пальмитиновой НЖК. Столь выраженное различие константы скорости реакции в эксперименте определено особенностями физико-химических параметров ЖК, в частности температуры плавления ЖК, которая является выраженно разной: для олеиновой МЖК — + 15°С и для пальмитиновой НЖК — +63°С.

Есть ли возможность на основании различия в структуре и физико-химических свойствах пальмитиновой НЖК и со-9 олеиновой МЖК сказать что-либо определенное в отношении параметров окисления ЖК при действии озона? Для этого мы воспользовались довольно давно выполненными работами. Из физико-химических экспериментов следует, что в цепи ЖК с четным числом атомов С энергия каждой насыщенной связи (С—С) является разной. Наибольшее количество энергии надо затратить на то, чтобы путем (3-окисления освободить из цепи ЖК одну молекулу ацетил-КоА с карбоксильного или метального концов молекулы.

Энергия связи между атомами С в цепи ЖК является разной, она высокая с обоих концов цепи и более низкая в середине молекулы. Далее, чем у С8, с обоих концов молекулы ЖК, т.е. в середине цепи НЖК, энергия связи С—С является наиболее низкой и практически одинаковой. На основании физико-химических параметров ЖК можно полагать, что окисление одинарной связи между девятым и десятым атомами С в цепи НЖК происходит с меньшими затратами энергии по сравнению с окислением одинарной связи между шестым и седьмым атомами С.

Деструктивное окисление по ДС требует меньших затрат энергии по сравнению с одинарной связью в этом же положении в составе ЖК. При деструктивном окислении ДС в цепи С16—С18 МЖК образуются короткоцепочечные С6—СЮ ЖК. Первой стадией |3-окисления НЖК является реакция дегидрирования — отнятия двух протонов (атомов Н+) водорода у второго и третьего атомов углерода в цепи ЖК с образованием ДС. Таким образом, первой стадией деструктивного (3-окисления ЖК с освобождением С2 ацетил-КоА является образование ДС. Когда в цепи ЖК изначально есть ДС, (3-окисление начинается сразу со второй стадии — стадии гидратации. При этом происходит присоединение Н+ и ОН~ по месту разрыва ДС; реакцию катализирует эноил-КоА-гидратаза.

Исходя из физико-химических особенностей ЖК, константа скорости окисления со-9 олеиновой МЖК in vitro должна быть выше, чем пальмитиновой НЖК, по причине наличия ДС в цепи со-9 олеиновой МЖК. В пальмитиновой НЖК двойной связи нет, поэтому для окисления одинарной связи требуется затратить больше энергии. Если же на основании экспериментов оценить константу скорости окисления озоном со-9 олеиновой МЖК, она обоснованно будет выше окисления пальмитновой НЖК. Энергия окисления ДС между шестым и седьмым атомами С в цепи МЖК выше, чем окисления ДС между девятым и десятым атомами С.

Согласно (3-окислению ЖК, которое описал Кнопп в 1904 г., освобождение ацетил-КоА из С16:0 пальмитиновой НЖК начинается с карбоксильного конца между вторым атомом (a-положение) и третьим атомом С ((3-положение). Этот путь назвали (3-окислением, поскольку происходит окисление третьего атома углерода в ЖК ((3-положение) с его превращением в карбоксильную группу. Одновременно с С-конца пальмитиновой НЖК отщепляются молекулы ацетила — ацетил-КоА, который содержит первый и второй атомы углерода исходной ЖК.

Согласно теории Кноппа продуктами первого этапа (3-окисления пальмитиновой НЖК являются С 14:0 миристиновая среднецепочечная НЖК и ацетил-КоА. Однако после оценки химического (3-окисления пальмитиновой НЖК in vitro в динамике и использования метода тонкослойной хроматографии продуктов окисления [14С] пальмитиновой НЖК показано, что в реакционной среде длительное время нет С2 уксусной кислоты. В среде окисления доминируют С6—С8—СЮ короткоцепочечные НЖК при наличии С4 масляной ЖК и только следовое количество содержание С2 уксусной кислоты. Это достоверно указывает, что (3-окисление ЖК не происходит в том порядке, как это описал Кнопп.

Согласно филогенетической теории общей патологии химическое окисление пальмитиновой НЖК (биохимическое тоже) начинается с разрыва одинарной связи между атомами С в середине цепи, энергия взаимодействия между которыми является наиболее низкой. После окисления пальмитиновой НЖК и образования короткоцепочечных ЖК с иной энергией взаимодействия между атомами С (3-окисление короткоцепочечных ЖК происходит так, как это описал Кнопп. Активно (3-окисление ЖК происходит в митохондриях печени, почек, скелетных миоцитов и кардиомиоцитов, в специализированных, чувствительных к инсулину подкожных адипоцитах и рефрактерных к инсулину, филогенетически ранних ВЖК сальника. В ткани мозга (3-окисление КТ весьма незначительно, а основным источником энергии в ткани мозга служит ацетил-КоА, образованный при метаболизме глюкозы.

В результате (3-окисления от ЖК последовательно освобождаются С2 фрагменты в форме ацетил-КоА с С-конца — со стороны карбоксильной группы. Фактически (3-окисление пальмитиновой НЖК происходит как бы семь раз. При окислении же С4 масляной ЖК одновременно образуется две молекулы ацетил-КоА. Каждый раз величина энергии разрыва связи между атомами С является разной. ЖК, которые входят в состав жиров животных и растений, имеют четное число атомов С. Каждая физиологичная ЖК проходит через стадию масляной кислоты. После последнего (3-окисления С4 масляной кислоты (бутирата) образуются две молекулы уксусной кислоты, ацетил-КоА.

В то же время теория (3-окисления ЖК по Кноппу ничего не говорит о затратах энергии при окислении более коротких ЖК, которые образуются из пальмитиновой НЖК. Теория не объясняет, почему наиболее затратным этапом (3-окисления ЖК является окислительное превращение С4 масляной ЖК в две С2 уксусной кислоты, две молекулы ацетил-КоА. Не объяснено и по какой причине при нарушении биологической функции трофологии (функции питания) при голодании в плазме крови накапливаются КТ — метаболиты С4 масляной ЖК, а не более длинные (С6— С8) ЖК.

Для понимания механизмов действия in vivo филогенетически позднего инсулина крайне важно, используя возможности АДС, показать, что константа скорости окисления озоном эндогенной для приматов и человека со-9 олеиновой МЖК является наиболее высокой. На основании различия физико-химических параметров двух олеиновых МЖК это предположение может стать реальным с большой мерой вероятности. Точка плавления со-9 олеиновой МЖК выраженно ниже, чем температура плавления пальмитиновой НЖК.

При окислении пальмитиновой НЖК образуется 5 х 7 = 35 молекул АТФ. В процессе |3-окисления пальмитиновой НЖК образуется восемь молекул ацетил-КоА, каждая из которых при метаболизме в цикле трикарбоновых кислот дает 12 молекул АТФ. Восемь молекул ацетил-КоА дают 12 х 8 = 96 молекул АТФ. При полном окислении молекулы пальмитиновой кислоты в условиях in vivo образуется 130 (146) молекул АТФ. Скорость (3-окисления in vivo урегулирована в каждой клетке на аутокринном уровне — на уровне ПС клеток и органов и на уровне организма при действии гуморального (гормонального) медиатора инсулина. Потребность клетки в энергии отражает отношения АТФ/АДФ и NADH/NAD+. Параметры же биохимического, энзиматического (3-окисления ЖК in vivo зависят от доступности субстрата, т.е. от количества МЖК и НЖК, которые поступают в митохондрии.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >